1. 首页
  2. 干货汇总
  3. 专业干货

锂 – 金属表面修饰以及改性研究

随着高端电池产品的研发以及汽车续航里程的增加,目前批量使用的锂离子电池负极材料石墨已经达到了理论的极限值(372mAh/g),急需开发出新材料,而金属锂具有高的容量(理论3860mAh/g),低的密度(0.59g/cm-3),低的电化学势(-3.040V vs.标准氢电极),因此以金属锂作为负极的金属锂二次电池如锂硫电池、锂空气电池、锂嵌入化合物电池等具有能量密度高电压高等优点,也是目前高能量密度电池研究的热门方向。而金属锂作为负极使用时存在以下问题

(1)金属锂与电解液在界面处形成固态电解质层(SEI膜)随时间不断增厚,界面阻抗不断增加,库伦效率降低,电池容量衰减迅速;

(2)SEI膜不稳定,在脱嵌锂的过程中不断断裂-脱落-再生成,消耗金属锂及电解液;

(3)锂沉积-脱出过程电流密度分布不均,形成锂枝晶,造成安全隐患及“死锂”引起库伦效率降低。

针对金属锂负极的这些问题,常用的方法有在电解液中加入添加剂以形成致密稳定的SEI膜,或采用各种无机、有机和物理的方法来修饰金属锂负极以隔绝锂负极与电解液之间直接接触来改善锂金属的界面性能。而下面将采取一种全新的改善锂枝晶沉积的位置从而控制锂枝晶的生长的文章,供大家学习和交流。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

 

一种全新控制锂枝晶生长方式的方法,通过控制碳纳米纤维的内外孔径的比值来控制锂枝晶生长的位置(通过控制喷雾干燥时PAN和矿物油的速度),随着内径的逐渐减小,收到挤压力(漂移效应)以及锂离子浓度的影响,锂枝晶优先向内部生长,从而避免了锂枝晶外部生长所造成的安全问题。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

 

通过上述方法制备成具有莲蓬结构的CNF,可以将锂枝晶的生长控制在内部,同时C骨架可以提供一定的强度保证循环过程中整个结构的稳定,从而达到提升电池性能的目的。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

 

将LCNF表面用Nafion包覆,并检测得知包覆的均匀性和一致性(C1、C2),内部也有Nafion相应的元素(F1、F2),表明渗透到内部;循环30 次后(G),表面状态良好,锂枝晶都生长在内部(H),循环100次(I1、I2),Nafion包覆的元素分布和初始状态基本一致,说明结构以及包覆层的稳定性和均匀性。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究锂 - 金属表面修饰以及改性研究

 

Nafion相当于一层人造SEI膜,在CNF外部保护锂金属不和电解液直接接触,在管径内部由于受到空间的限制在锂沉积以及剥离时都处于一个收紧的状态,不易被破坏,组成LFP电池测试,性能良好。

参考文献: Jingwei Xiang a, Ying Zhao etal. A Strategy of Selective and Dendrite-Free Lithium Deposition for Lithium Batteries.   Nano energy. 2017,S2211-2855(17)30669-9.

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

 

用电镀的方法将LiTFSI-LiNO3-Li2S5电镀在锂表面形成人造SEI膜,SEI膜的组分在醚类和酯类电解液中都能保持稳定,并通过组织对称电池、锂硫电池、三元材料电池测试性能,结果表明,通过人造SEI膜的引入,有效的控制了锂枝晶的产生,改善了电池的性能。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

通过组装Li-S电池测试循环以及倍率表明,人造SEI膜可以显著改善锂硫电池的性能,但从测试数据看,容量还是偏低。

锂 - 金属表面修饰以及改性研究

通过组装NCM-Li扣电测试循环以及倍率表明,人造SEI膜可以显著改善电池的性能,循环20次后拆解分析表明负极无明显析锂,但整体容量还是偏低。

参考文献: Xin-Bing Cheng, Chong Yan etal. Implantable Solid Electrolyte Interphase in Lithium-Metal Batteries.  Chem 2, 258–270. 2017

 

近日,丰田汽车放出消息称新固态电池电动汽车预计将于2022年正式上市。同时,国内的鹏辉能源以及赣锋锂业都表示将投资全固态电池行业,所以作为固态电池负极的锂金属而言,也必将成为研究的重点。

来源:锂电联盟会长

本站非明确注明的内容,皆来自转载,本文观点不代表清新电源立场。

发表评论

登录后才能评论

联系我们

0755-86936171

有事找我:点击这里给我发消息

邮件:zhangzhexu@v-suan.com

工作时间:周一至周五,9:30-18:30,节假日休息

QR code